(57)【要約】【課題】プラズマ領域で生成されたラジカルの利用効率及びプラズマ処理の精度を高めると共に、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率を向上させる。【解決手段】  プラズマプロセス装置は、被処理基板４が内部に配置される処理室と、処理室の内部にガスを導入するガス導入口６と、処理室の内部にプラズマ放電を発生させることにより、被処理基板４から離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマ放電発生部１５とを備え、被処理基板４にプラズマ処理を施すように構成されている。そして、プラズマ放電発生部１５は、被処理基板４に平行な方向の電界を、プラズマ領域で均一に発生させる電極構造を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が内部に配置される処理室と、
前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、
前記処理室の内部にプラズマ放電を発生させることにより、前記被処理基板から離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマ放電発生部とを備え、
前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板に平行な方向の電界を、前記プラズマ領域で均一に発生させる電極構造を備えている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたアノード電極と、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のカソード電極とを備えている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたカソード電極と、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のアノード電極とを備えている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記カソード電極及びアノード電極は、絶縁層を介して一体に形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びると共に、交互に配置されたアノード電極及びカソード電極を備え、
前記アノード電極とカソード電極との間でプラズマ放電を発生させるように構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記アノード電極及びカソード電極における前記被処理基板側の端部には、絶縁性材料により構成された延長部が設けられている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項７】
被処理基板が内部に配置される処理室と、
前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、
前記処理室の内部にプラズマ放電を発生させることにより、前記被処理基板から離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマ放電発生部とを備え、
前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
前記プラズマ放電発生部は、第１電極と、該第１電極に対して前記被処理基板に平行な方向に並んで設けられ、前記第１電極との間でプラズマ放電を発生させる第２電極とを備え、
前記第１電極と第２電極との間隔は、前記被処理基板の法線方向に亘って一定の大きさに規定されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１電極は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたアノード電極であり、
前記第２電極は、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のカソード電極である
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記第１電極は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたカソード電極であり、
前記第２電極は、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のアノード電極である
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記カソード電極及びアノード電極は、絶縁層を介して一体に形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１１】
請求項７において、
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びると共に、交互に配置されたアノード電極及びカソード電極を備え、
前記アノード電極とカソード電極との間でプラズマ放電を発生させるように構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記アノード電極及びカソード電極における前記被処理基板側の端部には、絶縁性材料により構成された延長部が設けられている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板から所定距離離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマプロセス装置にするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition 、ＣＶＤ法）による成膜方法としては、材料ガスを高周波又は低周波の電力印加によりプラズマを発生し、材料ガスを活性化させるプラズマＣＶＤ法や、熱エネルギーによって材料ガスを熱分解反応させる熱ＣＶＤ法等が知られている。
【０００３】
特に、プラズマＣＶＤ法は、その簡便性や操作性に優れているため、集積回路、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス素子、及び太陽電池等の電子デバイスの製造や、半導体膜や絶縁膜等の成膜等に好適に利用されている。
【０００４】
上記プラズマＣＶＤ法等のプラズマ処理を行う一般的なプラズマプロセス装置について、図８を参照して説明する。図８は、いわゆる平行平板型のプラズマプロセス装置（例えば、特許文献１参照）の概略を示す断面図である。
【０００５】
プラズマプロセス装置１００は、真空容器である処理室１０５と、処理室１０５の内部に設けられ、互いに電気的に絶縁された状態で対向配置された一対の電極１０２ａ，１０２ｂとを備えている。
【０００６】
上記一対の電極１０２ａ，１０２ｂは、電圧（電気的エネルギー）が印加される側の電極であるカソード電極１０２ａと、接地電位にある電極であるアノード電極１０２ｂとにより構成されている。そして、カソード電極１０２ａ及びアノード電極１０２ｂは、それぞれ導電板により形成され、互いに平行に配置されている。
【０００７】
上記アノード電極１０２ｂは、図８に示すように、例えば処理室１０５内の底壁面に固定された基板ホルダ１０９の上に設けられている。基板ホルダ１０９の上には、アノード電極１０２ｂを介して成膜処理の対象である被処理基板１０４が装着されている。被処理基板１０４は、例えばシリコンやガラスにより構成されている。
【０００８】
一方、上記カソード電極１０２ａは、板状の誘電体部１１７及びチャンバ状のガス滞留部１０７を介して処理室１０５内の上壁面に固定されている。ガス滞留部１０７には、処理室１０５の外部に設けられたガス供給部１１３が接続されている。また、カソード電極１０２ａ及び誘電体部１１７には、材料ガスを処理室１０５内に導入するためのガス導入口１０６が、上下に貫通して形成されている。こうして、ガス供給部１１３から供給されるガスは、ガス滞留部１０７及びガス導入口１０６を介して、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間の空間領域へ導入されるようになっている。さらに、処理室１０５には、ガス排出部１１０が接続されており、プラズマ処理後のガスを処理室１０５の外部へ排気するようになっている。
【０００９】
また、上記カソード電極１０２ａは、高周波電源１０１に接続される一方、アノード電極１０２ｂは、接地電位に接続されている。高周波電源１０１は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を発生するように構成されている。そして、カソード電極１０２ａ及びアノード電極１０２ｂの間に高周波電圧を印加することにより、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間の空間領域に電界を発生させ、これら各電極１０２ａ，１０２ｂ間の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマを生成するようになっている。
【００１０】
以上の構成により、プラズマプロセス装置１００では、処理室１０５内に形成されたプラズマ領域１１１に材料ガスを導入することにより、上記プラズマ領域１１１で材料ガスが分解・解離してラジカルが生成される。プラズマ領域１１１で生成されたラジカルは、被処理基板１０４まで拡散し、被処理基板１０４の表面に堆積することによって例えば半導体膜や絶縁膜等が成膜される。
【００１１】
しかし、上記平行平板型のプラズマプロセス装置では、プラズマ領域１１１が被処理基板１０４の近傍領域に形成されるため、被処理基板１０４は、プラズマにさらされてプラズマ中のイオンの衝撃を受けることが避けられない。その結果、被処理基板１０４に成膜される膜の質が、上記イオン衝撃により劣化する虞れがある。
【００１２】
そこで、プラズマ領域１１１を被処理基板１０４から所定距離離れた領域に形成する、いわゆるリモートプラズマプロセス装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。ここで、概略断面図である図９を参照して、一般的なリモートプラズマプロセス装置２００について説明する。尚、図８と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１３】
リモートプラズマプロセス装置２００は、上記平行平板型プラズマプロセス装置１００に対し、アノード電極１０２ｂが被処理基板１０４とカソード電極１０２ａとの間に配置されている点で異なっている。すなわち、アノード電極１０２ｂは、被処理基板１０４と基板ホルダ１０９との間に設けられていない。また、アノード電極１０２ｂは、メッシュ状の導電板により構成されている。
【００１４】
こうして、プラズマ領域１１１は、被処理基板１０４から所定距離離れた領域であって、上記アノード電極１０２ｂとカソード電極１０２ａとの間の領域に形成される。そして、プラズマ領域１１１で材料ガスが分解・解離することにより生成されたラジカルは、アノード電極１０２ｂのメッシュ穴１２２を通過して拡散する。その結果、被処理基板１０４にラジカルが堆積することにより成膜処理が行われる。
【００１５】
したがって、リモートプラズマプロセス装置２００では、プラズマ領域１１１が被処理基板１０４から所定距離離れているため、成膜中の被処理基板１０４はプラズマ中のイオンによる衝撃を受けにくい。つまり、膜質の向上を図ることができる。
【００１６】
ところが、上記リモートプラズマプロセス装置２００のプラズマ領域１１１で生成されたラジカルは、アノード電極１０２ｂの表面におけるメッシュ穴１２２以外の部分を通過できない。言い換えれば、被処理基板１０４へ向かうラジカルの一部は、アノード電極１０２ｂによって遮蔽されてしまう。
【００１７】
すなわち、上記リモートプラズマプロセス装置２００では、生成されたラジカルの全てを成膜に利用することができず、材料ガスの利用効率が低下するという問題がある。さらに、アノード電極１０２ｂのメッシュ穴１２２のパターンが、膜表面に不要なパターンとして写し出されることにより、膜質の劣化を招く虞れもある。
【００１８】
そこで、メッシュ状のアノード電極１０２ｂを設けるのではなく、概略断面図である図１０に示すように、カソード電極１０２ａ及びアノード電極１０２ｂを、被処理基板１０４の基板面に沿って交互に配置させることが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１９】
すなわち、このリモートプラズマプロセス装置３００では、カソード電極１０２ａ及びアノード電極１０２ｂは、ストライプ状に配置され、隣り合う電極１０２ａ，１０２ｂ同士の間には、ガス導入口１０６が形成されている。こうして、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間にプラズマ領域１１１を形成し、そのプラズマ領域１１１で生成したラジカルを被処理基板１０４へ堆積して成膜するようになっている。
【００２０】
したがって、このリモートプラズマプロセス装置３００によると、メッシュ状のアノード電極１０２ｂをプラズマ領域１１１と被処理基板１０４との間に設けることないので、材料ガスの利用効率を向上できると共に、メッシュパターンによる膜質の劣化を防止することが可能となる。
【特許文献１】特開平５−１６６７２８号公報
【特許文献２】特開平５−２１３９３号公報
【特許文献３】特開平１１−１４４８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、上記特許文献３のプラズマプロセス装置３００では、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間隔が、被処理基板１０４の法線方向に変化している。そのため、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間に形成される電界の強度分布は、被処理基板１０４の法線方向に変化することとなる。
【００２２】
例えば、図１０に示される電極構造では、隣り合うカソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの間隔は、上方から下方へ向かって（つまり、ガス導入口１０６側から被処理基板１０４側へ向かって）、徐々に大きくなっているため、プラズマ領域における電界強度は、上方から下方へ向かって小さくなっている。
【００２３】
その結果、プラズマ領域１１１における電界の強度分布が不均一となることに従って、プラズマ領域１１１で発生するプラズマの強度分布も不均一となってしまうため、プラズマ領域１１１の材料ガスに対して均一にプラズマエネルギーを与えることができないという問題がある。つまり、上記特許文献３のプラズマプロセス装置３００では、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率が低下することが避けられない。
【００２４】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラズマ領域で生成されたラジカルの利用効率及びプラズマ処理の精度を高めると共に、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率を向上しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、前記処理室の内部にプラズマ放電を発生させることにより、前記被処理基板から離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマ放電発生部とを備え、前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板に平行な方向の電界を、前記プラズマ領域で均一に発生させる電極構造を備えている。
【００２６】
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたアノード電極と、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のカソード電極とを備えていることが好ましい。
【００２７】
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたカソード電極と、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のアノード電極とを備える構成としてもよい。
【００２８】
前記カソード電極及びアノード電極は、絶縁層を介して一体に形成されていることが好ましい。
【００２９】
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びると共に、交互に配置されたアノード電極及びカソード電極を備え、前記アノード電極とカソード電極との間でプラズマ放電を発生させるように構成されていてもよい。
【００３０】
前記アノード電極及びカソード電極における前記被処理基板側の端部には、絶縁性材料により構成された延長部が設けられていることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、前記処理室の内部にプラズマ放電を発生させることにより、前記被処理基板から離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマ放電発生部とを備え、前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、前記プラズマ放電発生部は、第１電極と、該第１電極に対して前記被処理基板に平行な方向に並んで設けられ、前記第１電極との間でプラズマ放電を発生させる第２電極とを備え、前記第１電極と第２電極との間隔は、前記被処理基板の法線方向に亘って一定の大きさに規定されている。
【００３２】
前記第１電極は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたアノード電極であり、前記第２電極は、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のカソード電極であることが好ましい。
【００３３】
前記第１電極は、前記被処理基板の法線方向に延びる断面円形の穴部が複数形成されたカソード電極であり、前記第２電極は、前記各穴部の軸心位置にそれぞれ設けられた円柱形状のアノード電極である構成としてもよい。
【００３４】
前記カソード電極及びアノード電極は、絶縁層を介して一体に形成されていることが好ましい。
【００３５】
前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びると共に、交互に配置されたアノード電極及びカソード電極を備え、前記アノード電極とカソード電極との間でプラズマ放電を発生させるように構成されていてもよい。
【００３６】
前記アノード電極及びカソード電極における前記被処理基板側の端部には、絶縁性材料により構成された延長部が設けられていることが好ましい。
【００３７】
−作用−
次に、本発明の作用について説明する。
【００３８】
本発明に係るプラズマプロセス装置によると、被処理基板にプラズマ処理を施す場合には、まず、処理室の内部に被処理基板を配置する。その後、処理室の内部にガス導入口を介してガスを導入すると共に、プラズマ放電発生部からプラズマ放電を発生させる。プラズマ放電が生じているプラズマ領域は、被処理基板から離れた領域に形成される。そして、プラズマ領域においてガスが分解・解離してラジカルが生成され、そのラジカルにより被処理基板にプラズマ処理が施される。
【００３９】
このとき、プラズマ領域が被処理基板から離れて形成されているため、プラズマ中のイオンが被処理基板へ到達し難くなる。つまり、被処理基板はイオン衝撃を受け難くなるため、被処理基板に対するプラズマ処理の精度を向上させることが可能となる。
【００４０】
さらに、プラズマ放電発生部が、被処理基板に平行な電界をプラズマ領域で均一に発生させる電極構造を有している場合には、そのプラズマ領域には、プラズマ放電が均一に生じることとなる。その結果、プラズマ領域のガスに対して均一にプラズマエネルギーを与えることが可能となる。したがって、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率が向上する。
【００４１】
一方、プラズマ放電発生部が第１電極及び第２電極を有し、その第１電極と第２電極との間隔が被処理基板の法線方向に亘って一定である場合にも、被処理基板に平行な電界がプラズマ領域で均一に発生することとなる。その結果、プラズマ領域にプラズマ放電が均一に生じるため、上述の場合と同様に、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率が向上する。
【００４２】
また、カソード電極及びアノード電極の一方を断面円形の穴部に構成すると共に、他方を穴部の軸心位置に設けられる円柱形状の電極に構成することにより、カソード電極とアノード電極との間隔は、被処理基板に平行な方向（つまり、穴部の半径方向）に均一となる。したがって、カソード電極とアノード電極との間のプラズマ領域には、被処理基板に平行な方向の電界が均一に発生する。その結果、プラズマ領域には均一なプラズマ放電が電界と同じ方向に発生することとなる。また、カソード電極及びアノード電極をストライプ状に形成しても、同様に、カソード電極とアノード電極との間のプラズマ領域には、被処理基板と平行な方向に、均一なプラズマ放電が発生する。
【００４３】
さらに、ストライプ状のカソード電極及びアノード電極に対し、被処理基板側の端部に絶縁材料によって構成された延長部を設けることにより、前記各電極の端部は、延長部により覆われてプラズマ放電を発生しない。すなわち、前記各電極の互いに向かい合う電極面のみがプラズマ放電に寄与するため、プラズマ領域に発生するプラズマ放電を、より均一にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、プラズマ領域が被処理基板から離れているため、被処理基板に対するプラズマ処理の精度を向上させることができる。また、従来のように、メッシュ状の電極を被処理基板とプラズマ領域との間に設ける必要がないため、プラズマ領域で生成したラジカルの全てをプラズマ処理に利用することができる。言い換えれば、ラジカルの利用効率を高めることができる。
【００４５】
さらに、プラズマ領域においてプラズマ放電を均一に生じさせることができるため、プラズマ領域のガスに対して均一にプラズマエネルギーを与えることできる。すなわち、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
《発明の実施形態１》
図１〜図３は、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置１を示している。図１は、プラズマＣＶＤ装置１の一部を破断して示す斜視図であり、図２は、プラズマＣＶＤ装置の断面図である。また、図３は、図２の部分拡大図である。
【００４８】
プラズマＣＶＤ装置１は、図２に示すように、被処理基板４が内部に配置される処理室（真空容器）５と、処理室５の内部にガス（材料ガスとも称する）を導入するガス導入口６と、処理室５の内部に設けられたプラズマ放電発生部１５とを備え、被処理基板にプラズマ処理を施すように構成されている。
【００４９】
上記被処理基板４は、例えばシリコンやガラスにより構成されている。典型的には、図２に示すように、処理室５の内部の底壁面には、基板ホルダ９が固定されている。そして、上記被処理基板４は、基板ホルダ９に装着されるようになっている。
【００５０】
上記プラズマ放電発生部１５は、プラズマ放電を発生させることにより、処理室５の内部における被処理基板４から離れた領域にプラズマ領域１１を形成するように構成されている。プラズマ放電発生部１５は、板状の誘電体層１７及びチャンバ状のガス滞留部７を介して処理室５内の上壁面に固定されている。ガス滞留部７には、処理室５の外部に設けられたガス供給部１３が接続されている。
【００５１】
また、処理室５には、処理室５の内部のガスを排出するガス排出部１０が設けられている。ガス排出部１０は、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプやロータリーポンプを適用することが好ましい。
【００５２】
ここで、プラズマ放電発生部１５の構造について詳細に説明する。プラズマ放電発生部１５は、図３に示すように、被処理基板４に平行な方向の電界Ｅを、プラズマ領域１１で均一に発生させる電極構造を備えている。すなわち、プラズマ放電発生部１５は、図１及び図２に示すように、第１電極であるカソード電極２ａと、第２電極であるアノード電極２ｂと、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂとの間に介在された絶縁層１６（又は誘電体層）とにより構成されている。絶縁層１６は、例えばアルミナ等により構成されている。
【００５３】
そして、カソード電極２ａには、高周波電源３１が接続される一方、アノード電極２ｂは、接地電位に接続されている。高周波電源３１は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を発生するように構成されている。そして、カソード電極２ａ及びカソード電極２ｂの間ｂに高周波電圧を印加することにより、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間領域（プラズマ領域１１）に電界Ｅを発生させ、これら各電極２ａ，２ｂ間の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマを生成するようになっている。
【００５４】
すなわち、図１に示すように、アノード電極２ｂは、導電板により構成され、絶縁層１６の前面（以降、図１で上側、図２及び図３で下側を「前側」とする。一方、図１で下側、図２及び図３で上側を「後側」とする。）に積層されている。アノード電極２ｂ及び絶縁層１６には、被処理基板４の法線方向に延びる断面円形の穴部２０が複数形成されている。各穴部２０は、被処理基板４の法線方向から見てマトリクス状に配列され、アノード電極２ｂ及び絶縁層１６を前後に貫通するように形成されている。
【００５５】
カソード電極２ａは、図１に示すように、上記絶縁層１６の後面に積層された板状の平板部２１と、平板部２１から突出して前側に延びる円柱形状の突出部２２とにより構成されている。突出部２２は、上記各穴部２０の軸心位置にそれぞれ設けられている。突出部２２の長さは、穴部２０の長さ（つまり、アノード電極２ｂ及び絶縁層１６の積層方向の厚み）と同じになっている。こうして、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂは、絶縁層１６を介して一体に形成され、プラズマ放電発生部１５を構成している。
【００５６】
言い換えれば、プラズマ放電発生部１５は、図２に示すように、カソード電極２ａと、カソード電極２ａに対して被処理基板４に平行な方向に並んで設けられ、カソード電極２ａとの間でプラズマ放電を発生させるアノード電極２ｂとを備えている。
【００５７】
つまり、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂは、図２に示すように、等間隔に交互に並んで設けられている。そして、突出部２２の外周面と、穴部２０の内周面との距離は、穴部２０の軸心方向に亘って一定の大きさになっている。換言すれば、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間隔は、被処理基板４の法線方向に亘って一定の大きさに規定されている。このことにより、穴部２０の内部には、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間隔が一定距離に維持されているので、穴部２０の半径方向の電界Ｅが均一に生じるようになっている。
【００５８】
また、図３に示すように、プラズマ放電発生部１５と被処理基板４との距離（つまり、カソード電極２ａ又はアノード電極２ｂと、被処理基板４との距離）をＤ１、隣り合うカソード電極２ａとアノード電極２ｂとの距離をＤ２、アノード電極２ｂの高さをＤ３、絶縁層１６の高さをＤ４とする。このとき、距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも大きくなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。さらに、距離Ｄ４は、距離Ｄ２よりも大きくなっている（Ｄ４＞Ｄ２）。
【００５９】
仮に、Ｄ１≦Ｄ２且つＤ４≦Ｄ２であるとすると、カソード電極２ａの突出部２２の先端と、被処理基板４との間でプラズマ放電が生じてしまう結果、被処理基板４がプラズマ空間にさらされて、イオン衝撃によりダメージを受ける虞れがある。したがって、上述のように、各距離は、Ｄ１＞Ｄ２且つＤ４＞Ｄ２の関係を満足することが好ましい。尚、距離Ｄ３については、特に制限は必要ないが、Ｄ３を大きく規定することにより、プラズマ領域１１を拡大して、材料ガスの解離を促進することができる。
【００６０】
上記カソード電極２ａの平板部２１には、図１に示すように、突出部２２の基端部の周りにガス導入口６が形成されている。ガス導入口６は、穴部２０の底を構成する平板部２１について、それぞれ例えば２つずつ形成されている。また、ガス導入口６は、上記平板部２１及び誘電体層１７を前後に貫通して形成され、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間のプラズマ領域１１と、ガス滞留部７とを連通するようになっている。
【００６１】
また、誘電体層１７は、アルミナ等により構成され、カソード電極２ａの後側におけるプラズマ放電の発生を防止するために設けられている。すなわち、仮に、誘電体層１７を設けないとすると、カソード電極２ａの後側でプラズマ放電が発生するため、材料ガスがプラズマ領域１１へ到達する前に分解してしまうこととなる。したがって、誘電体層１７を設けることにより、材料ガスをプラズマ領域１１において確実に分解させることが可能となる。
【００６２】
こうして、ガス供給部１３から供給されたガスを、ガス滞留部７に一旦滞留した後、ガス導入口６を介してプラズマ領域１１へ導入するようになっている。
【００６３】
また、図４に示すように、上記複数の穴部２０を千鳥状に配置するようにしてもよい。このことにより、穴部２０をプラズマ放電発生部１５において高密度に形成できるため、材料ガスの分解量を増大させてプラズマ処理速度の向上を図ることができる。さらに、ガス導入口６は、図４に示すように、各穴部２０に例えば４つずつ形成してもよい。このことにより、材料ガスの分解効率を高めることができる。
【００６４】
−成膜方法−
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１により、被処理基板４に成膜処理を施す方法について説明する。
【００６５】
処理室５の内部は、通常、例えば１×１０-3〜１×１０-4Ｐａ程度の圧力に減圧されている。この処理室５に対し、例えばゲートバルブ等により遮断されたロードロックチャンバ（図示省略）を経由して、被処理基板４を搬入する。被処理基板４は、基板ホルダ９の上に搬送され、この基板ホルダ９に装着される。その後、ガス排出部１０を駆動し、再び、処理室５の内部を１×１０-3〜１×１０-4Ｐａ程度の圧力にする。
【００６６】
その後、ガス供給部１３を駆動することにより材料ガスを処理室５内へ導入すると共に、高周波電源３１を駆動してプラズマ領域１１を処理室５内に形成する。上記プラズマ領域１１は、被処理基板４から所定距離Ｄ１離れて形成される。
【００６７】
材料ガスは、ガス供給部１３から一旦ガス滞留部７に供給された後に、各ガス導入口６からプラズマ放電発生部１５の穴部２０内へ流出する。このとき、穴部２０内には、プラズマ領域１１が形成されているため、材料ガスは、このプラズマ領域１１において分解・解離され、ラジカルが生成される。このラジカルを被処理基板４へ堆積させることにより成膜が行われる。
【００６８】
成膜の終了後には、ガス供給部１３及び高周波電源３１の駆動をそれぞれ停止する。続いて、ガス排出部１０を駆動して処理室５内のガスを排気する。その後、処理室５の内部圧力を再び１×１０-3〜１×１０-4Ｐａ程度に戻すと共に、成膜処理された被処理基板４を上記ゲートバルブ及びロードロックチャンバを介して外部へ搬出する。以上により、成膜処理を完了する。
【００６９】
（実施例）
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１により実際にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）の成膜処理を行った実施例について、比較例と共に説明する。この実施例では、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１により成膜した。
【００７０】
被処理基板４には、５インチのシリコン基板を適用し、処理室５内の圧力を１２０Ｐａに維持しながら、流量５０ｓｃｃｍのアンモニアガスをガス供給部１３から処理室５内に供給する。続いて、流量１０ｓｃｃｍのモノシランガスをガス供給部１３から処理室５に導入する。
【００７１】
さらに、高周波電源３１を駆動して、上述のように、プラズマ領域１１にプラズマ放電を発生させる。このとき、プラズマ放電発生部１５と被処理基板４との距離Ｄ１を２０ｍｍとし、隣り合うカソード電極２ａとアノード電極２ｂとの距離Ｄ２を１０ｍｍとした。さらに、アノード電極２ｂの高さＤ３を２０ｍｍとし、絶縁層１６の高さＤ４を１５ｍｍとした。
【００７２】
以上の条件で形成した膜の評価結果を表１の上段に示す。
【００７３】
【表１】
2005353636.tif 000003
【００７４】
評価項目は、成膜速度、絶縁耐圧、及び膜厚分布の３つとした。ここで、成膜速度は、シリコン基板上に形成した窒化膜の膜厚を、成膜に要した時間で除することにより算出した。絶縁耐圧は次のように定義する。すなわち、例えばシリコン基板に窒化膜を堆積し、膜の厚み方向に５００Ｖまでの電圧印加を行う。このとき、膜面に接触させた水銀を介して電圧を印加する。そして、電流が１μＡ／ｃｍ2になったときの電圧を絶縁耐圧と定義する。膜厚分布は、成膜基板の面内膜厚の平均値に対する最大値と最小値の振れ分の割合と定義する。
【００７５】
この実施例では、成膜速度は６２．８ｎｍ／ｍｉｎであり、絶縁耐圧は７．２１ＭＶ／ｃｍであり、膜厚分布は±２．９％であった。
【００７６】
次に、比較例１として、図８に示すような平行平板型のプラズマＣＶＤ装置による成膜実験を行った。ガスの種類や圧力等の各条件は、上記実施例と同様にした。ただし、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの距離は３０ｍｍとした。この条件で形成した膜の評価結果を表１の中段に示す。
【００７７】
この比較例１では、成膜速度は６２．５ｎｍ／ｍｉｎであり、絶縁耐圧は４．４３ＭＶ／ｃｍであり、膜厚分布は±１．９％であった。
【００７８】
次に、比較例２として、図９に示すようなリモートプラズマＣＶＤ装置による成膜実験を行った。ガスの種類や圧力等の各条件は、上記実施例と同様にした。ただし、カソード電極１０２ａとアノード電極１０２ｂとの距離を２０ｍｍとし、アノード電極１０２ｂと被処理基板１０４との距離を２０ｍｍとした。つまり、アノード電極１０２ｂは、カソード電極１０２ａと被処理基板１０４との中間位置に配置されている。この条件で形成した膜の評価結果を表１の下段に示す。
【００７９】
この比較例２では、成膜速度は５６．１ｎｍ／ｍｉｎであり、絶縁耐圧は７．１８ＭＶ／ｃｍであり、膜厚分布は±７．２％であった。
【００８０】
表１より、成膜速度については、実施例は比較例１とほぼ同等であったが、比較例２よりも大きいことが確認できる。これは、実施例が、比較例２とは違って、ガス導入口から被処理基板までのガス流れ経路に障害物(アノード電極等)がないため、ラジカルが効率良く被処理基板へ到達できるためである。
【００８１】
絶縁耐圧については、比較例１のものは著しく低く、実施例及び比較例２では７．０ＭＶ／ｃｍ以上の高い値を示している。この原因は、比較例１の平行平板型構造では被処理基板がプラズマ空間にさらされて、膜表面へのイオン衝撃によるダメージがあるが、リモートプラズマ構造ではこれらの影響を回避できるためである。
【００８２】
膜厚分布については、実施例及び比較例１は、±３％以内であったが、実施例３のものは７％以上であった。この要因は、アノード電極の上にラジカル生成物が堆積することにより、プラズマ形態が局所的に変化し、膜厚を減少させたためである。これに対し、実施例ではこれらの要因がないため、膜厚分布は平行平板電極のものよりも僅かに高いが、３％以内に収まっている。
【００８３】
したがって、この実施形態１によると、プラズマ領域１１が被処理基板４から離れて形成されているため、プラズマ中のイオンが被処理基板４へ到達し難くなる。つまり、被処理基板４はイオン衝撃を受け難くなるため、被処理基板４に対するプラズマ処理の精度を向上させることができる。さらに、プラズマ領域１１に材料ガスの流れの障害となるような部材が設けられていないため、プラズマ領域で生成されたラジカルを無駄なく成膜等のプラズマ処理に利用することができる。つまり、プラズマ領域で生成されたラジカルの利用効率を高めることができる。
【００８４】
そのことに加え、プラズマ放電発生部１５が、被処理基板４に平行な電界Ｅをプラズマ領域１１で均一に発生させる電極構造を有しているので、プラズマ領域１１においてプラズマ放電を均一に発生させることができる。その結果、プラズマ領域１１の材料ガスに対して均一にプラズマエネルギーを与えることが可能となるため、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率を向上させることができる。
【００８５】
特に、アノード電極２ｂに断面円形の穴部２０を形成すると共に、円柱形状のカソード電極２ａを穴部２０の軸心位置に設けるようにしたので、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間隔を、被処理基板４に平行な方向（つまり、穴部２０の半径方向）に均一にすることができる。このことにより、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間のプラズマ領域１１に対し、被処理基板４に平行な方向の電界Ｅを均一に発生させることができる。その結果、均一なプラズマ放電を電界と同じ方向に発生させることができる。
【００８６】
《発明の実施形態２》
図５及び図６は、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置１を示している。尚、図２と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
この実施形態では、プラズマ放電発生部１５は、被処理基板４と平行な方向にストライプ状に延びると共に、交互に配置されたアノード電極２ｂ及びカソード電極２ａを備えている。
【００８８】
すなわち、平面図である図６に示すように、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂは、被処理基板４に対して平行に配置された誘電体層１７の前面に設けられ、それぞれ櫛歯状の電極により構成されている。そして、カソード電極２ａの櫛歯部分と、アノード電極２ｂの櫛歯部分とが、等間隔に組み合わさって並ぶように配置されている。このことにより、アノード電極２ｂとカソード電極２ａとの間でプラズマ放電を発生させるように構成されている。
【００８９】
そして、本実施形態においても、上記実施形態１と同様に、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間隔は、被処理基板４の法線方向に亘って一定の大きさに規定されている。すなわち、図５に示すように、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの側面は、それぞれ被処理基板４の法線方向に平行に形成されている。さらに、カソード電極２ａの側面は、この側面に対向するアノード電極２ｂの側面に対して平行になっている。
【００９０】
このことにより、被処理基板４に平行な方向の電界Ｅを、各カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの間のプラズマ領域で均一に発生させるようになっている。そして、この電界Ｅの方向にプラズマ放電が発生することとなる。
【００９１】
また、図７に示すように、アノード電極２ｂ及びカソード電極２ａにおける被処理基板４側の端部（つまり前側端部）には、絶縁性材料により構成された延長部５０を設けることが好ましい。
【００９２】
すなわち、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの側面は、上記延長部５０の側面により被処理基板４側（つまり前側）へ延長されている。このことにより、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの被処理基板４側の端面は、延長部５０により覆われるため、プラズマ放電の発生に寄与させないようにすることができる。つまり、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの互いに向かい合う電極面（プラズマ放電面）のみがプラズマ放電に寄与するため、プラズマ領域１１に発生するプラズマ放電を、より均一にすることができる。
【００９３】
《その他の実施形態》
上記実施形態１では、アノード電極２ｂを複数の穴部２０を有する電極とする一方、カソード電極２ａを穴部２０の軸心位置に設けられた円柱形状の電極としたが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、各電極の極性を逆転させ、カソード電極２ａを複数の穴部２０を有する電極とする一方、アノード電極２ｂを上記円柱形状の電極としてもよい。このことによっても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
また、上記実施形態１において、複数の穴部２０を有するアノード電極２ｂ、及び円柱形状のカソード電極２ａにおける被処理基板４側の端部（前側端部）に対し、それぞれ上記実施形態２と同様の延長部を設けるようにしてもよい。このことにより、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの前側端部側におけるプラズマ放電の分布をさらに均一化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上説明したように、本発明は、被処理基板から所定距離離れた領域にプラズマ領域を形成するプラズマプロセス装置について有用であり、特に、プラズマ領域で生成されたラジカルの利用効率及びプラズマ処理の精度を高めると共に、プラズマ処理に要するエネルギーの利用効率を向上させる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置のプラズマ放電発生部を示す斜視図である。
【図２】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。
【図３】プラズマ放電発生部を拡大して示す断面図である。
【図４】プラズマ放電発生部の他の例を示す平面図である。
【図５】実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。
【図６】プラズマ放電発生部を示す平面図である。
【図７】プラズマ放電発生部の他の例を示す断面図である。
【図８】従来の平行平板型のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図９】従来のリモートプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図１０】従来のリモートプラズマプロセス装置の他の例を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
Ｅ  電界
１      プラズマＣＶＤ装置（プラズマプロセス装置）
２ａ    カソード電極（第１電極）
２ｂ    アノード電極（第２電極）
４      被処理基板
５      処理室
６      ガス導入口
１１      プラズマ領域
１５      プラズマ放電発生部
１６      絶縁層
２０      穴部
５０      延長部
【図１】
2005353636.tif 000004
【図２】
2005353636.tif 000005
【図３】
2005353636.tif 000006
【図４】
2005353636.tif 000007
【図５】
2005353636.tif 000008
【図６】
2005353636.tif 000009
【図７】
2005353636.tif 000010
【図８】
2005353636.tif 000011
【図９】
2005353636.tif 000012
【図１０】
2005353636.tif 000013